CN108923510A - 一种充电电路、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电电路、系统及方法，属于充电技术领域，所述充电电路包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路、漏电检测电路、温湿度检测电路和电源。通过设置隔离电流检测电路，可以对电流进行检测，同时达到隔离的作用，防止出现检测过程大电流对控制器电路造成破坏，增加寿命，同时使用漏电检测电路和温湿度检测电路检测插座的是否漏电和温湿度的情况，以防插座出现漏电或者进水等情况造成安全事故。

Description

一种充电电路、系统及方法

技术领域

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电电路、系统及方法。

背景技术

电动车是解决日常生活中短途出行的常用交通工具，中国存在广大的电动车用户。而目前小区内电动车充电没有规划和管理，家中充电存在安全隐患容易引发火灾，危害到人民的人身和财产安全。夜间电动车长时间充电引起电瓶过充，容易使电瓶寿命缩短。此外，还可以解决电动车在公共场合电量耗尽的尴尬局面。市面上有快速充电桩，其充电电流很大，远远超过电瓶正常充电电流，容易使电瓶过充、鼓包，对电瓶的损害极大，影响电瓶的寿命。

目前市面上充电设备多为投币，刷卡，或手机扫码支付模式，投币和刷卡模式服务成本较高，需要提供收币和充值服务，而手机扫码支付模式需要有4G信号才能使用。从而使得很多的地下停车场均无法使用这样的系统，因此使得用户的体验差，同时制造商的充电设备的陈根本增加，当没有信号时需要增加中继站，或者使用的时4G信号或者GPRS模块等均会增大设备成本。同时现有的一些充电装置常常会因为充电接口短路或者充电过久高温自然的等情况，并且充电接口当有水进入时会出现短路的情况，会烧坏充电装置及危机充电车的安全。因此，为了解决上述的问题，需要设计出一种成本更低，更适合地下停车场使用的充电装置。

发明内容

为了解决上述所提出的问题，本发明的目的在于提供一种充电电路、系统及方法。本发明采取的是手机在线支付和离线使用策略，设备可安装于无GPRS信号的场所，比如地下停车场，而无需其他的服务成本，并且免去扫码的动作，由用户自由选择空闲设备进行充电，本方案集各种方案优势于一身，实时检测充电接口的温湿度和漏电情况，提高充电安全性，大大提升用户体验。

一种充电电路，包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路、漏电检测电路、温湿度检测电路和电源，所述继电器电路的输入端与外部电源线连接，继电器电路的输出端与插座接口电路连接，所述隔离电流检测电路设置在继电器电路与插座接口电路的通电导线上，所述隔离电流检测电路的输出端与控制器电路，所述漏电检测电路和温湿度检测电路的检测端均与插座接口电路连接，所述漏电检测电路和温湿度检测电路的输出端与控制器电路连接，所述电源的输出端与控制器电路连接，所述控制器电路上设置有蓝牙天线，所述蓝牙天线与控制器电路连接。

进一步地，所述控制器电路包括微处理器、时钟电路、指示灯电路和供电电路，所述供电电路的输入端与电源连接，输出端与微处理器连接供电，所述时钟电路和指示灯电路均与微处理器连接，所述微处理器使用型号为CC2640_V1.4的芯片。

进一步地，所述隔离电流检测电路包括电流互感器、电阻R2、R3、R6、电容C9和MB6S整流桥，所述电阻R2并联在电流互感器的输出端，所述电流互感器的检测端设置在导线上，所述电流互感器的输出端与MB6S整流桥的输入端连接，所述MB6S整流桥的输出端分别与电容C9和电阻R3的一端连接，所述电容C9另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与隔离电流检测电路输出端和电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端接地。

进一步地，所述电源包括整流电路、buck电路和变压器，所述整流电路的输入端与外部220V市电连接，所述整流电路的输出端经buck电路与变压器连接。

进一步地，所述温湿度检测电路包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器的输出端均与控制器电路连接，所述温度传感器使用型号为WRM-101的温度传感器。

一种充电系统，包括服务器、用户端和充电插座装置，所述服务器与用户端无线连接，所述用户端与充电插座装置无线连接，

所述充电插座装置包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路和电源，所述继电器电路的输入端与外部电源线连接，继电器电路的输出端与插座接口电路连接，所述隔离电流检测电路设置在继电器电路与插座接口电路的通电导线上，所述隔离电流检测电路的输出端与控制器电路，所述电源的输出端与控制器电路连接，所述控制器电路上设置有蓝牙天线，所述蓝牙天线与控制器电路连接。

进一步地，所述用户端为手机或者平板电脑，所述手机和者平板电脑上均安装有充电系统。

一种充电方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：开启用户端的手机上充电系统，在充电系统上查找到用户所在的充电插座，选取插座；

步骤2：点击充电，开启蓝牙，连接设备，与充电插座装置上的蓝牙连接；

步骤3：充电插座装置把上一次用户的充电数据传给手机上的充电系统，充电系统检测手机的网络是否可用，当可用时，把上一次用户的充电数据传给服务器，当网络不可用时，定时检测手机网络情况，直到手机网络可用时上传上一次用户的充电数据到服务器；

步骤4：充电插座装置上传完上一次用户的充电数据后，接收充电系统传来的用户信息和充电信息，充电插座装置中的控制器电路根据充电信息控制继电器电路打开；

步骤5：充电插座装置上的隔离电流检测电路检测导线上的电流情况，当电流为不为零时，把检测信号传给控制器电路，控制器电路启动充电计费，计费等于充电时间与设定的充电单价的乘积；

步骤6：当隔离电流检测电路检测当导线电流为零或者为电车充电充满的静态电流时，把信号传给控制器，控制器结算充电费用，否则直到充电到用户设定的充电时间截止后，计算充电费用，并把充电费用和充电用户信息进行打包，等待发给下一个充电用户。

进一步地，所述步骤6中，当电流为充电器的静态电流时，定义为充满，另外如果在充电期间认为断开充电，检测的电流为0，这两种情况下时，控制器电路控制继电器电路打开，设备停止放电，控制器电路结算充电费用。

进一步地，所述步骤2中点击充电前，充电系统检测用户的账户金额，检测到用户的账户金额小于系统设定的金额时，提醒用户及时充值，然后用户根据需要选定充电的时间，并点击确定充电。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

1、本发明的充电电路通过设置隔离电流检测电路，可以对电流进行检测，同时达到隔离的作用，防止出现检测过程大电流对控制器电路造成破坏，增加寿命，同时使用漏电检测电路和温湿度检测电路检测插座的是否漏电和温湿度的情况，以防插座出现漏电或者进水等情况造成安全事故。

2、本发明的充电系统采取的是手机在线支付和离线使用策略，设备可安装于无GPRS信号的场所，比如地下停车场，而无需其他的服务成本，并且免去扫码的动作，由用户自由选择空闲设备进行充电，本方案集各种方案优势于一身，实时检测充电接口的温湿度和漏电情况，提高充电安全性，大大提升用户体验。

3、本发明的充电方法在于允许手机的离线使用。允许离线使用对设备的安装场地没有任何限制，有电即可。所谓离线是指，此方案不依赖GSM/GPRS网络，在手机无网络的情况下，通过蓝牙的通信方式对设备进行控制，实现授权放电。这个特点是区别其他方案的要点之一；方案中设计有电流检测电路，当电流足够小接近充电器的静态电流时，会被定义为充满。另外如果在充电期间被人拔掉，此时电流会降到0，这两种情况下，设备都会停止放电，并为用户在这个时间点进行结算。用户下单时的支付金额的多余部分，会退回用户的账户，最大程度地减少用户的使用成本，只会实事求是地收取合理电费，即用多少花多少，比其他方案的模糊消费模式具有更好的用户体验。这是区别其他方案的第二要点；关于真实充电消费记录的上传，本方案采用的是协同互传的策略。如果充电终止，此时用户的真实的消费时段会被保存的设备中，当第二个用户连接到这个设备时，记录会被获取，并推送到服务器后台。整个包约20字节，几乎不会对用户流量造成太大负担，同样本人的记录也会通过其他用户的手机上传，这只是一种协同互助的工作模式，对用户的总的使用成本并没有增加，,这是本方案第三个与众不同的特点。

附图说明

图1是本发明的充电电路结构框图。

图2是本发明的充电系统框图。

图3是本发明的隔离电流检测电路原理图。

图4是本发明的控制器电路原理图。

图5是本发明的继电器电路原理图。

图6是本发明的电源原理图。

图7是本发明的充电方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示，根据本发明的一种充电电路结构框图，包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路、漏电检测电路、温湿度检测电路和电源。继电器电路的输入端与外部电源线连接，继电器电路的输出端与插座接口电路连接。隔离电流检测电路设置在继电器电路与插座接口电路的通电导线上。隔离电流检测电路的输出端与控制器电路，所述漏电检测电路和温湿度检测电路的检测端均与插座接口电路连接。漏电检测电路和温湿度检测电路的输出端与控制器电路连接。电源的输出端与控制器电路连接。控制器电路上设置有蓝牙天线。蓝牙天线与控制器电路连接。

充电电路通过设置隔离电流检测电路，可以对电流进行检测，同时达到隔离的作用，防止出现检测过程大电流对控制器电路造成破坏，增加寿命，同时使用漏电检测电路和温湿度检测电路检测插座的是否漏电和温湿度的情况，以防插座出现漏电或者进水等情况造成安全事故。控制器电路控制继电器电路开启或关闭，完成充电，隔离电流检测电路检测导电线的电流情况来进行根据时间来计费。

本发明的另一实施例中，如图4所示，控制器电路包括微处理器、时钟电路、指示灯电路和供电电路，所述供电电路的输入端与电源连接，输出端与微处理器连接供电，所述时钟电路和指示灯电路均与微处理器连接，所述微处理器使用型号为CC2640_V1.4的芯片。通过使用蓝牙芯片作为控制器芯片，从而可以大大的减少成本，同时减小装置的体积。通过使用蓝牙通信，允许手机的离线使用。允许离线使用对设备的安装场地没有任何限制，有电即可。所谓离线是指，此方案不依赖GSM/GPRS网络，在手机无网络的情况下，通过蓝牙的通信方式对设备进行控制，实现授权放电。

本发明的另一实施例中，如图3所示，隔离电流检测电路包括电流互感器、电阻R2、R3、R6、电容C9和MB6S整流桥，所述电阻R2并联在电流互感器的输出端，所述电流互感器的检测端设置在导线上，所述电流互感器的输出端与MB6S整流桥的输入端连接，所述MB6S整流桥的输出端分别与电容C9和电阻R3的一端连接，所述电容C9另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与隔离电流检测电路输出端和电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端接地。隔离电流检测电路具有检测电流的大小，同时具有隔离大电流，避免对控制器电路造成影响。

本发明的另一实施例中，如图6所示，电源包括整流电路、buck电路和变压器.整流电路的输入端与外部220V市电连接，所述整流电路的输出端经buck电路与变压器连接。电源把市电的220V的电压降低为12V的电压或者5伏的直流电，给控制器电路供电。

本发明的另一实施例中，温湿度检测电路包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器的输出端均与控制器电路连接，所述温度传感器使用型号为WRM-101的温度传感器。同时使用漏电检测电路和温湿度检测电路检测插座的是否漏电和温湿度的情况，以防插座出现漏电或者进水等情况造成安全事故。

一种充电系统，如图2所示，包括服务器、用户端和充电插座装置，所述服务器与用户端无线连接，所述用户端与充电插座装置无线连接。

所述充电插座装置包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路和电源。继电器电路的输入端与外部电源线连接，继电器电路的输出端与插座接口电路连接。隔离电流检测电路设置在继电器电路与插座接口电路的通电导线上。隔离电流检测电路的输出端与控制器电路，所述电源的输出端与控制器电路连接。控制器电路上设置有蓝牙天线。蓝牙天线与控制器电路连接。用户端为手机或者平板电脑，所述手机和者平板电脑上均安装有充电系统。

服务器用于存储用户数据和费用数据，同时供用户直接查询。用户端上安装了固定的充电系统，使用充电系统进行连接充电插座装置进行控制充电。充电插座装置实现的时蓝牙的连接控制充电，允许手机的离线使用。允许离线使用对设备的安装场地没有任何限制，有电即可。所谓离线是指，此方案不依赖GSM/GPRS网络，在手机无网络的情况下，通过蓝牙的通信方式对设备进行控制，实现授权放电。设计有电流检测电路，当电流足够小接近充电器的静态电流时，会被定义为充满。另外如果在充电期间被人拔掉，此时电流会降到0，这两种情况下，设备都会停止放电，并为用户在这个时间点进行结算。用户下单时的支付金额的多余部分，会退回用户的账户，最大程度地减少用户的使用成本，只会实事求是地收取合理电费，即用多少花多少，比其他方案的模糊消费模式具有更好的用户体验。真实充电消费记录的上传，本方案采用的是协同互传的策略。如果充电终止，此时用户的真实的消费时段会被保存的设备中，当第二个用户连接到这个设备时，记录会被获取，并推送到服务器后台。整个包约20字节，几乎不会对用户流量造成太大负担。同样本人的记录也会通过其他用户的手机上传，这只是一种协同互助的工作模式，对用户的总的使用成本并没有增加。

一种充电方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：开启用户端的手机上充电系统，在充电系统上查找到用户所在的充电插座，选取插座。

步骤2：点击充电，开启蓝牙，连接设备，与充电插座装置上的蓝牙连接。

步骤3：充电插座装置把上一次用户的充电数据传给手机上的充电系统，充电系统检测手机的网络是否可用，当可用时，把上一次用户的充电数据传给服务器，当网络不可用时，定时检测手机网络情况，直到手机网络可用时上传上一次用户的充电数据到服务器。

步骤4：充电插座装置上传完上一次用户的充电数据后，接收充电系统传来的用户信息和充电信息，充电插座装置中的控制器电路根据充电信息控制继电器电路打开。

步骤5：充电插座装置上的隔离电流检测电路检测导线上的电流情况，当电流为不为零时，把检测信号传给控制器电路，控制器电路启动充电计费，计费等于充电时间与设定的充电单价的乘积。

步骤6：当隔离电流检测电路检测当导线电流为零或者为电车充电充满的静态电流时，把信号传给控制器，控制器结算充电费用，否则直到充电到用户设定的充电时间截止后，计算充电费用，并把充电费用和充电用户信息进行打包，等待发给下一个充电用户。

本发明的另一实施例中，步骤6中，当电流为充电器的静态电流时，定义为充满，另外如果在充电期间认为断开充电，检测的电流为0，这两种情况下时，控制器电路控制继电器电路打开，设备停止放电，控制器电路结算充电费用。

本发明的另一实施例中，所述步骤2中点击充电前，充电系统检测用户的账户金额，检测到用户的账户金额小于系统设定的金额时，提醒用户及时充值，然后用户根据需要选定充电的时间，并点击确定充电。

简单过程为：

广播本机虚拟ID，充电状态，以及充电报价等信息；连接到手机后，提供和上传实际消费记录；接收消费请求，提供220VA供电通路；检测充电状态；记录实际充电时间以及时长，并保存到本地；定时停止供电。

本方法基于手机蓝牙和供电设备交互，首先用户打开APP选取插座，通过蓝牙自动连接上该插座，APP会根据本用户的本地余额对设备进行授权开启，并根据用户设定的充电时间，开启定时供电逻辑，时间到自动停止供电。

原则上遵循实充时间计算规则，尽可能让用户充电费用降到最低。如果充电期间发生意外，主动或者被动放弃充电，充电插座会自动停止供电，并计算实际充电时间，确保设备安全和避免用户权益造成损失，用户申请充电时间和实际充电时间的差额部分，会延时退回用户账号。

电流的评估是使用互感器设备，对AC220L线上的电流进行隔离采集，这样可以同时保证设备和用户的安全。当设备在进行放电时，会对感应电流进行周期性采集，当电流大于约3A时，设备会进行保护性断电，避免大电流引发发热导致的安全隐患。而继电器采用双刀结构，彻底让插座的输出和AC220V彻底脱离，包括零线和火线。

用户开启手机蓝牙启动APP，选择设备连接，连接成功后获取上个用户实际消费记录(如有网络，立即上传，如无网络，保存在本地等待联网后上传)，如果用户本地余额不为0，则根据用户默认设定的消费习惯(比如：充电四小时)向设备发起充电请求，设备开始供电，倒计时开启。中途检测电流为零，自动终止通电，立即上传保存实际消费记录到本地，或者等待上传。如果用户本地余额为0，提示余额不足，请联网补足余额或者充值。

用户连接，设备供电，主动或者被动停止充电后设备自动停止供电。

本系统基于手机蓝牙和供电设备交互，首先用户打开APP选取插座，通过蓝牙自动连接上该插座，APP会根据本用户的本地余额对设备进行授权开启，并根据用户设定的充电时间，开启定时供电逻辑，时间到自动停止供电。

本系统原则上遵循实充时间计算规则，尽可能让用户充电费用降到最低。如果充电期间发生意外，主动或者被动放弃充电，充电插座会自动停止供电，并计算实际充电时间，确保设备安全和避免用户权益造成损失，用户申请充电时间和实际充电时间的差额部分，会延时退回用户账号。充电终止的情形有以下几种：

正常终止，充电设备已经充满，充电电流接近充电器的静态工作电流，系统会自动停止放电。

主动终止，充电是用户充了一段时间主动拔掉充电器后，系统会检测到电流为0，停止放电。

被动终止，为充电期间被他人拔掉插头，系统会检测到电流为0，而停止放电的情况。

异常终止，由于充电器本身异常，或者用户使用了其他用电器而导致电流过大，超过本系统的上限值，系统会进行自保护进行停止放电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于：包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路、漏电检测电路、温湿度检测电路和电源，所述继电器电路的输入端与外部电源线连接，继电器电路的输出端与插座接口电路连接，所述隔离电流检测电路设置在继电器电路与插座接口电路的通电导线上，所述隔离电流检测电路的输出端与控制器电路，所述漏电检测电路和温湿度检测电路的检测端均与插座接口电路连接，所述漏电检测电路和温湿度检测电路的输出端与控制器电路连接，所述电源的输出端与控制器电路连接，所述控制器电路上设置有蓝牙天线，所述蓝牙天线与控制器电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种充电电路，其特征在于：所述控制器电路包括微处理器、时钟电路、指示灯电路和供电电路，所述供电电路的输入端与电源连接，输出端与微处理器连接供电，所述时钟电路和指示灯电路均与微处理器连接，所述微处理器使用型号为CC2640_V1.4的芯片。

3.根据权利要求2所述的一种充电电路，其特征在于：所述隔离电流检测电路包括电流互感器、电阻R2、R3、R6、电容C9和MB6S整流桥，所述电阻R2并联在电流互感器的输出端，所述电流互感器的检测端设置在导线上，所述电流互感器的输出端与MB6S整流桥的输入端连接，所述MB6S整流桥的输出端分别与电容C9和电阻R3的一端连接，所述电容C9另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与隔离电流检测电路输出端和电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种充电电路，其特征在于：所述电源包括整流电路、buck电路和变压器，所述整流电路的输入端与外部220V市电连接，所述整流电路的输出端经buck电路与变压器连接。

5.根据权利要求4所述的一种充电电路，其特征在于：所述温湿度检测电路包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器的输出端均与控制器电路连接，所述温度传感器使用型号为WRM-101的温度传感器。

6.一种充电系统，其特征在于：包括服务器、用户端和充电插座装置，所述服务器与用户端无线连接，所述用户端与充电插座装置无线连接，

所述充电插座装置包括继电器电路、隔离电流检测电路、控制器电路、插座接口电路和电源，所述继电器电路的输入端与外部电源线连接，继电器电路的输出端与插座接口电路连接，所述隔离电流检测电路设置在继电器电路与插座接口电路的通电导线上，所述隔离电流检测电路的输出端与控制器电路，所述电源的输出端与控制器电路连接，所述控制器电路上设置有蓝牙天线，所述蓝牙天线与控制器电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种充电系统，其特征在于：所述用户端为手机或者平板电脑，所述手机和者平板电脑上均安装有充电系统。

8.一种充电方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：开启用户端的手机上充电系统，在充电系统上查找到用户所在的充电插座，选取插座；

步骤2：点击充电，开启蓝牙，连接设备，与充电插座装置上的蓝牙连接；

步骤3：充电插座装置把上一次用户的充电数据传给手机上的充电系统，充电系统检测手机的网络是否可用，当可用时，把上一次用户的充电数据传给服务器，当网络不可用时，定时检测手机网络情况，直到手机网络可用时上传上一次用户的充电数据到服务器；

步骤4：充电插座装置上传完上一次用户的充电数据后，接收充电系统传来的用户信息和充电信息，充电插座装置中的控制器电路根据充电信息控制继电器电路打开；

步骤5：充电插座装置上的隔离电流检测电路检测导线上的电流情况，当电流为不为零时，把检测信号传给控制器电路，控制器电路启动充电计费，计费等于充电时间与设定的充电单价的乘积；

步骤6：当隔离电流检测电路检测当导线电流为零或者为电车充电充满的静态电流时，把信号传给控制器，控制器结算充电费用，否则直到充电到用户设定的充电时间截止后，计算充电费用，并把充电费用和充电用户信息进行打包，等待发给下一个充电用户。

9.根据权利要求8所述的一种充电方法，其特征在于：所述步骤6中，当电流为充电器的静态电流时，定义为充满，另外如果在充电期间认为断开充电，检测的电流为0，这两种情况下时，控制器电路控制继电器电路打开，设备停止放电，控制器电路结算充电费用。

10.根据权利要求8所述的一种充电方法，其特征在于：所述步骤2中点击充电前，充电系统检测用户的账户金额，检测到用户的账户金额小于系统设定的金额时，提醒用户及时充值，然后用户根据需要选定充电的时间，并点击确定充电。